[논문]폴리우레탄 폼에 LMO를 고정화하여 리튬이온 회수를 위한 새로운 PU-LMO 흡착제의 제조

유해나; 이민규

doi:10.7464/ksct.2014.20.3.277

폴리우레탄 폼에 LMO를 고정화하여 리튬이온 회수를 위한 새로운 PU-LMO 흡착제의 제조
Preparation of a Novel PU-LMO Adsorbent by Immobilization of LMO on Polyurethane Foam for Recovery of Lithium Ions 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.20 no.3, 2014년, pp.277 - 282

초록
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본 연구에서는 EVA를 바인더로 사용하여 우레탄 폼(PU)에 LMO를 고정화한 PU-LMO를 제조하였다. XRD 및 SEM 분석을 통해서 EVA에 의해 LMO가 폴리우레탄에 잘 고정화된 것을 확인할 수 있었다. PU-LMO를 제조시에 EVA/LMO의 최적비율은 0.26이었다. PU-LMO에 의한 리튬이온의 흡착 속도는 유사 2차 속도 모델식에 잘 부합하였다. 평형실험 데이터는 Langmuir 흡착 등온식에 잘 적용되었으며, 최대 흡착량은 17.09 mg/g이었다. PU-LMO는 리튬이온에 대한 분배계수($K_d$)가 다른 금속들의 $K_d$ 값에 비해 높게 나타나 뛰어난 리튬 이온 선택성과 높은 흡착량을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, PU-LMO was made by immobilization of LMO on urethane foam (PU) with using an EVA as a binder. PU-LMO was characterized by using X-Ray Diffractometer (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The optimal ratio of EVA/LMO for preparation of PU-LMO was 0.26 gEVA/gLMO. The adsorption of lithium ions by PU-LMO was found to follow the pseudo-second-order kinetic model. The equilibrium data fitted well with Langmuir isotherm model and the maximum removal capacity of lithium ions was 17.09 mg/g. The PU-LMO was found to have a remarkably high selectivity of lithium ions and high adsorption capacity because the distribution coefficient ($K_d$) of lithium ion was higher than those of other metal ions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

[11]과 같이 폴리우레탄에 LMO를 부착시키는데 많은 양의 피치 바인더를 사용하기 때문에 바인더인 피치가 LMO의 활성점을 막아 흡착량을 감소시키는 문제점이 있으므로. 본 연구에서는 피치바인더 대신에 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA)를 바인더로 사용하여 LMO를 고정화하고자 한다. 널리 사용되고 있는 바인더 중의 하나인 EVA는 점성과 탄성을 동시에 가지고 있어 종이나 목재 등의 다양한 물질에 접착제로 사용이 되고 있으며, 수용성이기 때문에 작업에 용이하다는 장점을 가지고 있다[15,16].

제안 방법

리튬이온의 흡착실험은 회분식으로 행하였다. 500 mL 삼각플라스크에 일정농도의 리튬이온 용액 200 mL와 일정량의 PU-LMO를 넣은 다음에 수평진탕기(Johnsae Co. Js-Fs-2,500)를 사용하여 48 h 동안 교반하면서 일정시간 간격으로 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 원심분리기(Eppendorf, centrifuge 5415c)를 사용하여 10,000 rpm으로 5 min 동안 원심 분리한 후 상등액을 취하여 분석에 사용하였다.
EVA (810F, Smitomo, Japan)와 증류수를 1:1 비율로 혼합한 용액에 합성한 LMO 5 g을 추가하여 혼합한 다음에 30 mm × 20 mm × 10 mm로 자른 폴리우레탄 폼(PU, UH100)에 담지한 후 상온에서 12 h 건조하여 PU-LMO를 제조하였다.
EVA (810F, Smitomo, Japan)와 증류수를 1:1 비율로 혼합한 용액에 합성한 LMO 5 g을 추가하여 혼합한 다음에 30 mm × 20 mm × 10 mm로 자른 폴리우레탄 폼(PU, UH100)에 담지한 후 상온에서 12 h 건조하여 PU-LMO를 제조하였다. X선 회절 분석기(X-ray diffractometer, XRD, D/MAX2100H, Rigaku)를 사용하여 XRD 분석을 하였으며, 표면특성은 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM, XL20, Philips)을 이용하여 관찰하였다.
30 mg/g으로 감소하였는데, 이는 EVA의 함량이 증가하면서 LMO의 활성점을 막아 흡착을 방해하기 때문으로 사료되었다. 따라서 리튬이온 흡착실험은 EVA/LMO의 비율를 0.26으로 하여 제조한 PU-LMO를 사용하여 실험을 진행하였다. Ma et al.
따라서 본 연구에서는 EVA를 바인더로 사용하여 다공성구조를 가진 폴리우레탄 폼에 LMO를 고정화한 새로운 흡착제인 PU-LMO를 제조하고, XRD와 SEM을 이용하여 특성분석을 하였다. 또한 제조한 PU-LMO를 흡착제로 사용하여 리튬이온 흡착시에 흡착 등온식 및 흡착 속도식에 대해 검토하고 공존하는 염의 영향에 대해 고찰하였다.
따라서 본 연구에서는 EVA를 바인더로 사용하여 다공성구조를 가진 폴리우레탄 폼에 LMO를 고정화한 새로운 흡착제인 PU-LMO를 제조하고, XRD와 SEM을 이용하여 특성분석을 하였다. 또한 제조한 PU-LMO를 흡착제로 사용하여 리튬이온 흡착시에 흡착 등온식 및 흡착 속도식에 대해 검토하고 공존하는 염의 영향에 대해 고찰하였다.
채취한 시료는 원심분리기(Eppendorf, centrifuge 5415c)를 사용하여 10,000 rpm으로 5 min 동안 원심 분리한 후 상등액을 취하여 분석에 사용하였다. 리튬이온의 농도는 이온크로마토그래피(ion chromatography, Dionex, DX-120)를 사용하여 분석하였다. 선행연구[6]에서 LMO로 리튬이온을 흡착시킨 경우에 적정 pH는 10으로 나타나 용액의 pH를 10으로 조절하여 실험을 실시하였다.
리튬이온의 흡착실험은 회분식으로 행하였다. 500 mL 삼각플라스크에 일정농도의 리튬이온 용액 200 mL와 일정량의 PU-LMO를 넣은 다음에 수평진탕기(Johnsae Co.
본 연구에서는 EVA를 바인더로 사용하여 우레탄 폼에 LMO를 고정화시킨 새로운 흡착제 PU-LMO를 제조하였다. XRD 분석과 SEM 사진을 통해서 EVA에 의해 LMO가 폴리우레탄에 잘 고정화된 것을 확인할 수 있었다.
해수내의 많이 존재하는 Na⁺, K⁺, Mg²⁺ 및 Ca²⁺이 Li⁺와 공존하는 경우의 리튬이온 흡착 특성을 살펴보기 위하여 리튬이온과 각 이온들의 농도를 각각 1.5 mmol/L로 하여 실험을 실시하였다.

이론/모형

등온 흡착실험에서 얻어진 실험 데이터를 Freundlich 등온식과 Langmuir 흡착 등온식에 적용하여 검토하였다.
본 연구에서 사용한 LMO는 선행연구[5]에서와 같은 방법으로 합성하였다. 탄산망간(MnCO₃, Samchun, EP) 1.

성능/효과

본 연구에서는 EVA를 바인더로 사용하여 우레탄 폼에 LMO를 고정화시킨 새로운 흡착제 PU-LMO를 제조하였다. XRD 분석과 SEM 사진을 통해서 EVA에 의해 LMO가 폴리우레탄에 잘 고정화된 것을 확인할 수 있었다. 폴리우레탄에 EVA로 LMO를 고정화시에 EVA/LMO의 최적 비율은 0.
11 L/g으로 다른 금속이온들에 비해 4~20배 이상 높은 수치를 보였다. 따라서 본 연구에서 제조한 PU-LMO는 Li⁺의 흡착능이 우수할 뿐만 아니라 Li⁺에 대한 높은 선택성을 가지진 흡착제로 사료된다.
76Å으로 작아 PU-LMO에는 Li⁺이 더 용이하게 흡착이 이루어지기 때문으로 사료된다[5]. 따라서 본 연구에서 제조한 PU-LMO는 다양한 금속이온이 포함된 용액에서도 리튬에 대한 선택성이 높은 것을 알 수 있었다.
26이었다. 리튬이온 흡착실험 결과 흡착 속도는 유사 2차 속도식에 잘 부합하였으며, Langmuir 흡착 등온식에 잘 적용되었다. Langmuir 흡착 등온식으로부터 구한 최대 흡착량은 17.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	리튬 수요가 급증하고 있는 이유는?	리튬은 전 세계적으로 매장량이 극히 적은 희귀 금속중의 하나로 2차 전지, 항공기용 경합금의 원료, 핵융합 발전용 연료 등과 같은 여러 분야에서 사용되면서 그 수요가 증가하고 있다[1]. 육상에 매장되어 있는 리튬의 매장량은 약 400만 톤으로 추정되나, 지역적으로 편중이 심하다[2].
	수중의 리튬을 회수방법은?	수중의 리튬을 회수하기 위하여 공침법[3], 용매추출[4], 흡착[5,6] 등의 다양한 방법들이 시도되고 있다. 하지만 공침법은 다량의 슬러지 발생과 금속이온을 선택적으로 제거하는데 한계가 있으며, 용매 추출의 경우에는 많은 양의 유기 용매가 필요로 할 뿐만 아니라 유기 용매가 손실하게 되면 환경오염, 불쾌한 악취 및 화재의 원인이 되기도 한다[7].
	수중의 리튬 회수 방법 중 공침법의 단점은?	수중의 리튬을 회수하기 위하여 공침법[3], 용매추출[4], 흡착[5,6] 등의 다양한 방법들이 시도되고 있다. 하지만 공침법은 다량의 슬러지 발생과 금속이온을 선택적으로 제거하는데 한계가 있으며, 용매 추출의 경우에는 많은 양의 유기 용매가 필요로 할 뿐만 아니라 유기 용매가 손실하게 되면 환경오염, 불쾌한 악취 및 화재의 원인이 되기도 한다[7]. 이에 비해 흡착법은 공정이 간단하며 효율적이기 때문에 활성탄, 제올라이트, 이온교환수지, 리튬망간산화물(lithium manganese oxide, LMO) 등과 같은 다양한 흡착제를 이용하여 리튬이온을 회수하는 흡착연구가 되고 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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